Неотектоника СССР. Рига 1961
, ,
Восточно-Сибирский филиал Академии наук СССР
КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
В МОНГОЛО-БАЙКАЛЬСКОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ЗОНЕ В 1957 Г. И СЕЙСМОДИСЛОКАЦИИ, СВЯЗАННЫЕ С НИМИ
В последние годы стало возможным уточнить и отчасти расширить наши знания о границах сейсмоактивных зон на северной окраине Центральной Азии. Эта возможность появилась в результате сильных землетрясений, имевших место в течение последнего десятилетия в южной части Восточной Сибири и в Монголии, а также в результате обработки сейсмограмм многих сейсмических станций СССР, КНР и МНР и материалов специальных сейсмологических экспедиций.
Очевидные структурно-геологические связи, существующие между районами Прибайкалья, Забайкалья и Монголии, общность новейшей геологической истории и сходство в распределении знаков, амплитуд современных движений и морфологических характеристик позволяют выделить на территории этих областей особую внутриконтинентальную сейсмическую зону (рис. 1), возможно, наиболее активную во всей Центральной Азии. Эта зона авторами настоящей статьи названа Монголо-Байкальской. В последние годы в указанной зоне наблюдались многочисленные землетрясения, наиболее сильными из которых были: Мондинское 4. IV. 50 г. — IX баллов (М = 6.5), Муйское 27. VI. 57 г. — X баллов (М = 7.5), Гоби-Алтайское 4. XII. 57 г. — XI—XII баллов (М = 7.75—8.6), Баян-Цаганское 7. IV. 58 г. — X баллов (М=7.0). Сопоставляя данные об этих землетрясениях со сведениями о землетрясениях в Восточной Сибири и Монголии за последние 100 лет (из них сильнейшие: Кударинское на Байкале в 1862 г. — свыше IX баллов, Гурбан-Сайханское в Монголии в 1902 г. — X баллов, два Танну-Ольских, или Хангайских, в 1905 г. — XI баллов), даже без дополнительных материалов, которые весьма обширны, можно прийти к выводу об общей природе и внутренней связи очагов восточносибирских и монгольских землетрясений. Действительно, эпицентры всех катастрофических землетрясений рассматриваемой зоны связаны со сходными структурно-морфологическими элементами поверхности Центральной Азии — различными по величине глубокими и сложными межгорными прогибами,
214 , , |
Рис. 1. Внутриконтинентальная сейсмическая зона.
обрамленными молодыми горными поднятиями и, как правило, отделенными от них геоморфологически выраженными разломами (сбросы, крутые надвиги пли взбросы). Кроме того, все эпицентры тяготеют к системе вложенных одна в другую концентрических горных дуг, облекающих южный (Иркутский) выступ древней Сибирской платформы и однообразно выпуклых к югу (по меридиану 110° В). Иными словами, эпицентры сильных землетрясений Центральной Азии приурочены к региональному перегибу как древних, так и юных тектонических линий, .меняющих здесь свое простирание с северо-запада на северо-восток.
Мондннское землетрясение (координаты эпицентра: 51,7°С, 101,0°В), обнаружившее типичные поверхностные эффекты IX-балльного, подтвердило исторические сведения о высоком уровне сейсмичности полосы узких межгорных впадин, лежащих к западу от южной оконечности Байкала. Еще раз обратило на себя внимание и одновременно послужило хорошей иллюстрацией ранее известного общего положения то обстоятельство, что эпицентр Мондинского землетрясения был приурочен, во-первых, к линии геоморфологически выраженного разлома четвертичного возраста - Тункинскому сбросу, во-вторых, — к области интенсивного раздробления докембрийских толщ разломами разной ориентировки и, в-третьих, — к стыку на границе СССР и МНР взаимно перпендикулярных регионально выраженных неотектонических структур: широтных тункинских и меридиональных косогольских. Во время земле-
Катастрофические землетрясения в Монголо-Байкальской сейсмической зоне 215
трясения разрывы земли и крупные горные обвалы имели место как вблизи Тункинского сброса, так и на берегах лежащего южнее озера Хубсугул-далай (Косогол).
Учитывая данные изучения Мондинского землетрясения и окружающего его района и пользуясь сравнительным методом, можно с большой уверенностью считать, что землетрясения сходной силы могут произойти в сколь угодно близкое время у южных подножий Окинской цепи, по фронту подножий Тункинских белков, восточнее Мондинской впадины и в других местах Восточного Саяна, обладающих сходной геолого-геоморфологической характеристикой.
Муйское землетрясение (координаты эпицентра: 56,2°С, 116,7°В) произошло на южной окраине крупной Муйской межгорной впадины, лежащей на оси Байкальского высокогорного пояса. Его нельзя было предвидеть па основании исторического опыта — в XX столетии землетрясения здесь не отмечались, а ранее область, прилегающая к эпицентру, не была заселена. Восточная часть указанного пояса считалась слабо или вовсе несейсмичной. Поэтому изосейсты, облекающие озеро Байкал на схеме сейсмического районирования, замыкались вблизи северной оконечности озера. Оставалось неясным — имеется ли связь Байкальской сейсмической зоны с активной зоной Верхоянья или с зоной восточного океанического побережья Азии или же трансазиатский сейсмический пояс тянется от Памира и Тянь-Шаня к востоку, а Байкальская зона играет роль только слепого северного его отростка.
Муйское землетрясение и последовавшие за ним в хребте Становом 5. I. п 14. IX. 58 г. VIII-балльные землетрясения со всей ясностью показали, что Байкальская активная зона па востоке сливается с сейсмическим поясом Восточной Азии -- факт, который можно было бы предвидеть на основе косвенных геологических соображений.
Авторы настоящей статьи еще в 1956 г. пришли к мысли о том, что Байкальский высокогорный пояс сейсмически активен в целом, так как сравнительное изучение тектоники и морфологии отдельных частей обнаружило их полное качественное сходство при относительно небольших количественных различиях (высота хребтов, глубина и размеры впадин, градиенты высот, роль разломов в современном облике рельефа п фациалыю-литологический состав неоген-четвертичных отложений, следы юного вулканизма, признаки недавних сейсмодислокаций, наличие резких изгибов или изломов орографических линий и т. д.). Приняв во внимание эти данные, мы предположили, что Байкальская сейсмическая зона протягивается па восток но крайней мере до западной границы древнего Алданского шита. Длина этой зоны, таким образом, была увеличена на 900 км по сравнению с ранее принятой. Эпицентры землетрясений 5. I. и 14. IX. 58 г. оказались в хребте Становом, на отрезке огибания этим хребтом Алданского массива с южной стороны.
Муйское землетрясение позволило сделать два важных вывода: 1) уточнить истинные границы Байкальской зоны на востоке и северо-востоке и уяснить ее связь с другими сейсмическими зонами; 2) признать возможность прогноза землетрясений (место, сила, но не время) по сумме геологических и геоморфологических признаков какой-либо области с помощью сравнения таковых с соответствующими показателями других, обычно смежных, областей, сейсмичность которых известна.
Последний вывод имеет особенно важное значение для недавно заселенных и еще не заселенных районов Сибири, а также для обширных пустынных горных и предгорных районов Центральной Азии. При
216
В. Я. Солоненко, ,
бедности или отсутствии исторических сведений, восходящих к достаточно отдаленному прошлому, и при ограниченности необходимого материала, полученного за короткое время вновь открытыми сейсмическими станциями, сравнительный геолого-геоморфологический метод, несомненно, будет весьма полезен для перспективной оценки сейсмичности этих районов.
Совершенно исключительным по своему масштабу явилось Гоби Алтайское землетрясение в юго-западной части МНР (координаты эпицентра по наблюдениям 56 советских и иностранных станций: 45,1±0,1°С, 99,15°±0,1°В). Его следует признать одним из сильнейших в истории -
Рис. 2. Схематическая карта области Гоби-Алтайского землетрясения:
1 — границы площади землетрясений силой V баллов и выше; 2 — районы землетрясений силой VII баллов и выше; 3 — направление главнейших геологических структур, видимых на поверхности земли; 4 — Северо-Монгольский (Хангайский) живой разлом; 5 — Гоби-Алтайский живой разлом; 6 — эпицентр Баян-Цаганского землетрясения 7. IV. 58 г.
Землетрясение произошло в горах Гобийского Алтая, состоящего из ряда горных цепей и массивов, разделенных плоскодонными межгорными впадинами, на периферии равновеликого Байкалу сложного межгорного прогиба — Долины Озер, расположенного между хребтами
Рас. 3, Схематическая карта плейстосейстовой области Гоби-Алтайского и Баян-Цаганского землетрясении:
1 — межгорные впадины; 2 — мезокайнозойскнй структурный ярус; 3 — палеозойский структурный ярус; 4 — _герцинские интрузии (гранитоиды и гипербазиты); 5—7 — главнейшие сейсмотектонические трещины (5 — взбросо-сдвиги, сбросо-сдвиги и т. п.; 6 — взбросо-надвиги; 7 — инерционные ветви); 8 - старые сейсмотектонические трещины; 9 — гравитационно-сейсмотектоническая структура Битут-Ам; 10 — главнейшие обвалы; 11 — направление сдвига и амплитуды в м; 12 — временный водный поток, образовавшийся во время землетрясения 4.XII.57 г.; 13 — направление падения зданий; во время землетрясения: 14 — абсолютные отметки в м; 15 — хр. Хангай.
Катастрофические землетрясения в Монголо-Байкальской сейсмической зоне 217
Монгольский Алтай и Хангай. Интенсивность землетрясения оценивается от 7.75 (станции Москва, Беркелей) до 8.4—8.6 (станции Пасадена, Ноумеа, Рейкьявик и др.).
По макросейсмическим признакам и остаточным деформациям, наблюденным авторами во многих пунктах плейстосейстовой области и в самом эпицентре, сила землетрясения не только равнялась, но, возможно, даже превосходила XI баллов. Кроме того, полевые наблюдения (I, VI и IX—XI 58 г.) привели к выводу, что инструментально определенные координаты эпицентра (на сейсмической станции «Иркутск» Галенецким и Пшенниковым, метод Гейгера) весьма точно соответствуют положению первоначальных разрушений.
Землетрясение ощущалось на площади около 5 млн. км2, площадь в пределах пятибалльной изосейсты достигает 1,4 млн. км2 (рис. 2), разрушения и серьезные повреждения построек наблюдались на площади порядка 300 тыс. км2 (на расстоянии до 300—325 км от эпицентра).
Кинематика структур, активизированных Гоби-Алтайским землетрясением (рис. 3), вырисовывается в следующем виде: из начального эпицентра землетрясения, расположенного между горами Бахар и Цэ-цэн, началось обновление на восток старого разлома на протяжении 240—250 км, а на запад — не более чем на 25—35 км. В 60—65 км восточнее первичного эпицентра произошло «вспарывание» южной фрагментарной зоны разломов на протяжении свыше 100 км.
Горные хребты и массивы от хребта Баян-Цаган до восточного окончания хребта Бага-Богдо на протяжении 275 км поднялись и переместились к востоку. Исключением явился массив Бахар, несколько сместившийся к западу, что, впрочем, вполне согласуется с его положением на северном, в общем стабильном, крыле главного разлома и непосредственно в начальной эпицентральной зоне, где тангенциальные напряжения стремились сместить северный и южный блоки в противоположных направлениях.
Сейсмодислокации в районе начального эпицентра показывают, что они образовались в результате исключительного по своей резкости и направленности удара: трещины на большом протяжении прямолинейны, сместители точно ножом срезают любые породы, в том числе самые прочные; здесь не только возрождены старые разломы, но возникли и новые, протяженностью в десятки километров. Генеральный взбросо-сдвиг с поднятым и смещенным к востоку южным крылом во многих местах и на значительном протяжении осложнен иными структурами: сбросами, оперяющими и сопутствующими трещинами, зонами кулисообразно расположенных трещин, надвигами, сейсмокупольными структурами, трещинами растяжения, горсто - и грабенообразными трещинами шириной до 50 м и более и т. д. Ширина зоны трещин достигает 2,5 км.
На южном склоне гор Бахар-Ула, непосредственно в районе начального эпицентра землетрясения, образовался грабен шириной до 800 м. Северный сброс грабена следует по разлому древнего заложения вдоль контакта палеозойской метаморфической толщи с мезокайнозойскими отложениями. Ширина трещины колеблется от десятков сантиметров до 14,35 м, амплитуда — от 0,8 до 4 м. Южная зона трещин проходит в нижнемеловых отложениях и представляет собой вновь образованный разлом. Здесь мы видим деформации земной коры, связанные с растяжением, сжатием и сдвигом. В местах сопряжения главной и
218 В. П. Сплоненко, ,
диагональных трещин ширина трещины резко увеличивается и достигает максимальной величины - 19,15 м.
При приближении к хребту Баян-Цаган грабен переходит в систему ступенчатых сбросо-сдвигов.
Смещение хребтов плейстосейстовой области происходило с перенесем как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости: северный крап горной цепи поднялся выше и переместился к востоку больше, чем южный. С южной стороны только в массиве Ихе-Богдо напряжения разрядились образованием сейсмотектонических трещин, а на остальном протяжении эпицентральной зоны они компенсировались деформациями изгиба.
Массив Ихе-Богдо сместился к востоку сильнее, нежели Бага-Богдо, что обусловило образование между этими массивами Тормхонского взбросо-надвига — одной из самых эффектных сейсмотектонических структур, когда-либо возникавших на глазах человека. Главная трещина взбросо-надвига при взгляде с северо-запада имеет вид громадной застывшей волны, а с юго-востока — уступа высотой от 1—2 до 9,2 м. Местами чешуи взбросо-надвига переместились по поверхности земли к востоку до 10-12 м. Надвиговые «языки» иногда состоят из двух чешуи. Взбросо-надвиг несет элементы сдвига — западное, поднятое, его крыло сместилось к северу до 4 м.
К месту выхода Тормхонского взбросо-надвига к главной северной структуре сдвиг по разлому Богдо достигает максимальной величины -8,85 м.
Восточнее Тормхонской зоны амплитуда смещения резко падает. Границей смещенной зоны, по-видимому, является зона меридионально расположенных взбросов восточнее Бага-Богдо.
В указанные величины амплитуды смещения не включены деформации изгиба, которые могут быть значительными. Так, например, в сайре Улан-Булак при амплитуде взброса 1,5—2 м амплитуда изгиба не менее 2 м, у южного подножия Ихе-Богдо при амплитуде взброса 4—5 м амплитуда изгиба не менее 5 м. Изгиб почвы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости нами наблюдался во многих пунктах.
Наибольшим разрушениям по сравнению с другими структурами плейстосейстовой области подвергся массив Ихе-Богдо, в ходе землетрясения проявивший себя как горстовая структура первого порядка (длина - 80 км, ширина до 30 км). Он фактически по всему периметру ограничен сейсмотектоническими трещинами, преимущественно взбросо-сдвигами и взбросо-надвигами. В центральном отрезке хребта возникло 5 зон трещин: с севера взбросо-свдиг Богдо, с юга две внешние зоны трещин (одна протягивается по подножью главного массива, а вторая — по линии передовых тектонических клиньев — форбергов) и две внутренние зоны, расположенные приблизительно параллельно по обеим сторонам осевой части хребта на расстоянии 5—6 км друг от друга. Эти последние ограничивают грабенообразное опускание вершинной части Ихе-Богдо.
Обе главные трещины падают под горную цепь под углом 68°. Подъем клинообразного массива вызвал растяжение его верхней части, следствием чего явилось упомянутое грабенообразное оседание водораздела Ихе-Богдо и как кульминационный акт этого процесса — образование современной феноменальной гравитационно-сейсмотектонической структуры Битут с амплитудой вертикального смещения по главному сбросу до 328 м (рис. 4).
Катастрофические землетрясения в Монголо-Байкальской сейсмической зоне 219
Следствием столь значительного и быстрого опускания горного блока явились мощные напряжения в земной коре перед его фронтом, нашедшие разрешение в образовании надвига, сейсмокупольных структур с вертикальной амплитудой до 17,5 м, трещин всевозможных типов, горстообразных поднятий отдельных участков в долине Битут-Ам с амплитудой вертикального перемещения до 60 м и т. д. Вертикальный удар был настолько силен, что в воздух поднялись многочисленные фонтаны грунта, при падении образовавшие земляные конусы высотой 1,2—1,5 м. Поля, покрытые такими конусами, напоминают колонии тесно расположенных термитных построек.
Рис. 4. Гравитационно-сейсмотектоническая структура Битут-Ам.
Длина 3,5 км, амплитуда вертикального смещения до 328 м. У подножья видны столовые
уступы-взбросы с амплитудой вертикального смещения до 60 м.
Несколько иной была кинематика земной коры при Баян-Цаганском землетрясении 7. IV. 58 г. В ходе землетрясения произошло сжатие и смещение грунтов к ЮВ 170°, что связано с унаследованными преддекабрьскими напряжениями, но в то же время действовали силы растяжения, направленные приблизительно по азимуту СВ 80° - - в сторону эпицентра Гоби-Алтайского землетрясения и унаследованные от последнего. Это обусловило образование сложной трещинной зоны длиной около 15 км и шириной до 40—50 м, ведущими элементами которой являются взброс и взбросо-надвиг, сильно осложненные системой тесно расположенных кулисообразных зияющих трещин растяжения. Трещинная зона рассекает базальтоиды и метаморфические породы южного склона хребта Баян-Цаган и прилежащую к нему впадину до центральной ее части.
Изучение сместителей главных трещин позволило установить очень интересные детали механизма перемещения крыльев структур. Как
220 , ,
оказалось, масштаб необратимых изменений соответствует амплитуде движения только местных структур. Крылья же структур первого порядка описывали сложные кривые. Амплитуда их смещений в ходе землетрясения местами превышала более чем в два раза видимую амплитуду необратимых сейсмодислокаций (рис. 5). Во время быстрого смещения подвижное крыло по инерции переместилось выше и дальше положения равновесия, а затем столь энергично возвращалось к нему, что снова
Рис. 5. Схема движения поднятого крыла взбросо-сдвига Богдо при землетря
сении 4. XII. 57 г.
прошло точку равновесия, но уже в обратном направлении. В этом положении отдельные участки подвижных структур на некоторое время задерживались и, переместившись, наконец, в направлении первоначального смещения, достигали равновесия.
Последнее смещение, судя по следам, оставленным им, не было столь быстрым, как первые и, по-видимому, могло происходить много дней спустя. Часть афтершоков, по всей вероятности, связана именно с «движениями равновесия».
Небезынтересно отметить, что по трещинам взбросо-сдвигов часто можно видеть новообразования тектонической плотной глины с прекрасно выраженными зеркалами скольжения, а в двух случаях удалось
Катастрофические землетрясения в Монголо-Байкальской сейсмической зоне 221
наблюдать довольно мощные (0,8 м) слои милонитов. Милонитизации подверглись в одном случае гранитизированные и фельдшпатизированные сланцы, в другом — осадочные породы, причем милонит был выжат из трещины и образовал гребень, похожий на дайку.
Таким образом, макросейсмические эффекты показывают, что Гоби-Алтайское землетрясение является одним из сильнейших землетрясений за последние столетия. По силе оно, возможно, уступает только Лиссабонскому землетрясению 1755 г., а по деформациям поверхности Земли не имеет себе равных, что можно видеть из следующей таблицы*.
* Таблица взята из книги и «Элементы сейсмологии и сейсмометрии», 1955. (Изменения, уточнения и дополнения наши. — В. С., А. Т.; Н. Ф.)
